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分类: 系统运维

2015-05-26 16:39:28

Power8伴随云计算横空出世

 

自从IBM将并不赚钱的x86服务器业务转手给联想之后,从此IBM便开始了硬件转型的新里程碑。伴随此事继续发酵的还有Power System Linux落户北京,从此IBM硬件开放之路的步伐越迈越大。最鼓舞人心的要数OpenPower联盟推出的Power8芯片全面开放这一消息,大家纷纷猜测蓝色巨人真的能放下身段?下面我带领大家一起见证Power8芯片的巨变。

 

一、Power8开放意义深远

IBM或许是从ARM开放处理器使用许可,在移动领域取得成功中得到启示,OpenPower联盟推出的Power8,同样开放Power处理器知识产权使用许可,允许联盟成员自由选择IBM等合作晶圆厂家这比Intel更加开放。IBM此举意味着从专有标准走向开放创新,中国企业可以在Power 8架构基础上进行自主创新,并可申请自主知识产权,根据OpenPower联盟的要求,Power8取消了原先设计安全模块,可接受我国安全审查,并将加载国产的安全模块从而能用于到关键应用,这种开放力度空前,使得Power8让中国企业有机会利用OpenPower芯片技术拉近与国际顶级芯片厂商的技术差距。今后一提到Power服务器不再是小型机的代名词,以后将会有基于Power芯片的国产服务器上市。

 

二、Power8以一当十

由OpenPOWER 联盟宣布首批创新成果正式发布的全新 IBM POWER8 处理器。它是 OpenPOWER 联盟的首代处理器产品,其设计思路将决定协处理器、加速器、内存、主板、服务器整机等产品的目标市场首先是大规模云计算和互联网数据中心市场。

Power8采用22nm生产工艺,4GHZ主频,最多12核,每核达8线程,最高支持 96 个线程,四级缓存容量达到 128MB(充当每个内核的数据缓存使用)。

那么“12核+96线程+1TB内存”将为Power8服务器带来多大的爆发力呢?相比Power7来说,单线程性能最大能提升60%。POWER8还采用了 IBM 独有的 CAPI 总线(一致性加速器处理接口),可以让外设直接访问 CPU 的内存空间,从而大大提高了外设的运行效率,即便是Intel最新处理器Xeon E7v2也只能对此望洋兴叹了。

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图1 Power8芯片

Power8 性能强大的另一个杀手锏SMT并发多线程技术,这是IBM 从Power5芯片开始实现的新技术,它支持一个CPU内核同时处理多条指令,因此可以最高达到单一CPU几倍的处理速度。


下面我们采用的IBM S系列服务器采用了双路,每CPU10 Core的服务器进行性能测试。也就是这台服务器总数达到160线程,而对于Openstack而言每线程都看做1CPU。我们看一下htop的显示结果。

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图2 160线程

注意,如果是双路顶配每台服务器可多达到96 x 2=192线程,那么2米高的机架(42U)可以安装10台这样的服务器,所以非常适合高性能计算和数据密集型计算应用。Power8对开源编译工具GCC也能够完美支持。为什么有如此强悍的性能,再为大家介绍一些基础内容。

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图3 

大家知道,CPU通常使是流水线方式(每一时间点只能执行一条指令),在X86平台某个时间点执行占据运算器的只有一条指令,其他并行的指令处于解码、寻址等状态,大部分寄存器实际上处于闲置。那么Power8中新加入的特性SMT8,就表示一个Core可以处理8个线程的指令,相比X86的单核双线程,Power8中单核理论上是它的四倍,所以PowerKVM在这种并发多线程技术的支撑下可以得到优于x86平台的性能。

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图4 Power8服务器整体性能以一当十

一台高效利用的 POWER8 服务器可以取代 10 台甚至更多台 x86 服务器(按照业内平均利用率计算)。这样你虚无建设大规模数据中心,甚至采用移动数据中心就可以向用户提供数据计算服务,我公司很早就开始要求企业各部门推广节能减排,坚持走低碳环保的路线。从利用率和经济性上,以一当十的超强Power8 服务器 IBM Power Systems S很大程度降低了数据中心占地空间,相比之下,节省了70%的机架空间,80%的网络连接以及70%的系统管理数量,降低了企业电力和冷却等方面的成本,这可是一笔不小的开销啊,例如一个拥有500台服务器的数据中心,服务器每年电费达到200万元,而用于服务器制冷的空调设备等设施耗电量几乎等同于服务器本身的耗电,这样每年数据中心的电费将达到400万元,日益增加的耗电量,意味着有更多的碳排放量和更大的环境污染。

 

三、Power8-为云而生

云计算技术通过对计算资源的虚拟化来对资源进行整合,提高资源利用率和可管理性,但是对这种异构性的计算能力进行整合。

这款Power8处理器,是OpenPOWER 联盟专门为 Linux用户打造,除了能支持AIX系统以外,还支持主流Linux发行厂家Red Hat和Suse的Linux发行版:RHEL 6.5/7、Fedora 20、SLES11/12、Ubuntu 14,而且RedHat全面转向云计算发布了自己的Red Hat Enterprise Linux OpenStack 平台,Suse也发布了完整的OpenStak方案-Suse Cloud,因为这是专门针对OpenStack的发行版,可以直接安装在Power8服务器,Power8服务器对Openstack 进行了专门的优化。

 

四、Power8虚拟化技术

大家所熟知的KVM(基于内核的虚拟机)虚拟化技术如今已经添加到Power8处理器架构,相对于 Xen 虚拟化技术,KVM 虚拟化技术与 Linux 内核联系更为紧密,更容易维护。IBM针对Power8处理器对KVM进行了深度优化,用户在PowerKVM服务器所支持IPMI2.0协议,可、采用ipmitool远程管理服务器,这就是PowerKVM。

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图5 PowerKVM 工作流程

 基于Power8的服务器上使用PowerKVM技术可以深度挖掘Power8的多线程性能,为了方便大家理解,我举个例子,假设服务器上面只有一个物理CPU核,4个虚拟机,各虚拟机在微核模式下工作,采用微核模式后,4个虚拟机可同时被分配至一个物理CPU核,每个虚拟机可以确保获得物理核四分之一的处理能力而不受其它虚拟机的影响。当虚拟机数量远远超过物理CPU核(CPU过载),微核应该会比整核性能要好。实际应用中,在虚拟机大量过载的情况下,无论是虚拟机加满压力还是加半压力,整核模式性能大幅下降而微核模式性能则不下降或平缓下降。微核使得PowerKVM能够在性能损失不明显的前提下,运行更多的虚拟机承载用户的业务。

 我们知道在私有云平台的体系架构中, OpenStack 依赖一些底层软件,如虚拟化软件,虚拟化管理软件和 Linux 内核。这些软件的稳定性以及性能关系着整个云平台的稳定性和性能。IBM开发了PowerKVM,这一系统性能稳定,操作简单方便,它使用了一种基于 HTML5 的 KVM 管理工具 Kimchi对它进行管理。

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图6PowerKVM工作截图

 RedHat、SUSE与IBM在企业级虚拟化方面的新合作,使运行在Power系统上的企业组织可以虚拟化他们的核心任务,并在它们基于OpenStack发行版中都支持PowerKVM技术。

 

五、IBMOpenStack贡献

 我们知道OpenStack是由NASA和RackSpace联合发起,以Apache许可证授权的开源项目,支持所有类型的云环境,并取得了IBM、Redhat、HP、Intel、AMD、Dell、Cisco等重量级公司的支持,那么从代码贡献(从共享OpenStack代码数量看,IBM要略逊与HP和Redhat)、推广力度贡献(包括各种OpenStack会议的赞助)和文档资料贡献综合比较IBM,在综合比较上看要领先其他厂商,IBM放弃SmartCloud,而将整个公司的方向转移到OpenStack上,这就是最有利的证明。

 

六、Power应用优势

笔者的公司属于勘察设计、工程设备和零部件制造等业务为一体的特大型企业集团运营的IT系统是一个典型的大数据处理系统,前年开发了基于 OpenStack云计算管理平台(包括云桌面平台),应用效果良好,下面总结了该套OpenStack 的运维平台及云桌面服务平台的几个亮点:

1)提高了我公司IT基础设施利用率,从而降低了硬件成本,降低机房服务器占地,以物理服务器 CPU 利用率为例,私有云平台将 CPU 平均利用率从不到 20% 提升到 50%。

2)由于物理服务器数量相对X86机器明显减少,从而降低了运维成本。

3)基于PowerKVM的虚拟化管理平台使得虚拟机上线更具有使用弹性,利用虚拟化技术将物理基础设施做成虚拟资源池,做到了随时按需上下线。

4)降低了学习成本,以往我们企业需要专人维护AIX系统及上面的应用,然而现在基于Power8的应用完全构建在Linux平台下,大量Linux高手,无需培训就能直接操作Power8服务器。

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